外源ALA 對鹽脅迫下西伯利亞白刺光合作用的影響

閆永慶，季紹旭，王 賀，趙 野，范倩雯，王 驍

（東北農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院，哈爾濱 150030）

土壤鹽漬化問題遍及全球，土壤中鹽分大量積累危害植物生長，減少植物產(chǎn)量，嚴重影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1-2]。我國東北地區(qū)土壤鹽堿化程度較高，近年來鹽堿地改良與利用成為研究熱點，生物治鹽成為解決土地鹽漬化問題突破口。

5-氨基乙酰丙酸（ALA）天然存在于植物體內(nèi)，是生物體卟啉類化合物（葉綠素、光敏色素、維生素B、亞鐵血紅素等）生物合成的第一個關鍵前體[3]，對植物生長發(fā)育發(fā)揮重要作用，可有效提高植物光合能力。研究表明，鹽脅迫主要通過抑制植物光合作用，降低植物有機質積累，影響植物正常生長發(fā)育，降低植物抗逆性，鹽脅迫時間越長濃度越高，對植物危害越嚴重[4]。甜瓜幼苗遭受鹽脅迫時，對其葉片噴施外源ALA，甜瓜幼苗氣體交換參數(shù)各項指標顯著提高[5]。對小白菜和銀杏鹽脅迫處理后，葉面噴施外源ALA可有效緩解鹽脅迫產(chǎn)生的抑制作用，提高植物光合效率。鹽脅迫下對決明子葉片外源噴施ALA，可修復葉片光化學反應中心，提高光反應物質活性，葉綠素熒光參數(shù)各項指標均顯著提高，非光化學淬滅系數(shù)降低，植物光合效率提高[6]。

西伯利亞白刺（Nitraria sibirica Pall.）是蒺藜科（Zygophyllaceae）白刺屬（Nitraria）鹽生植物，是治理土地鹽堿化優(yōu)良樹種，又被稱為卡密、酸胖、哈莫兒，廣泛分布于新疆、甘肅等地[7]，其果實可鮮食，葉片可作為飼料，經(jīng)濟價值較高；同時具有降血糖、消炎、降壓等功效[8]；耐鹽性極強，可在中度鹽脅迫下生存，常作為鹽堿地綠化樹種使用，在鹽堿地改良中發(fā)揮重要作用。

本試驗以西伯利亞白刺為研究對象，研究不同濃度鹽脅迫下通過施加不同濃度ALA對白刺光合作用的影響，為ALA緩解植物鹽害、提高植物抗鹽性提供理論依據(jù)，為提高白刺對鹽脅迫環(huán)境的生理適應性，深入研究白刺耐鹽機理奠定基礎，對今后鹽堿地區(qū)園林植物篩選和應用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

材料為西伯利亞白刺實生苗，種子購自吉林省白城市林業(yè)科學研究院。

1.2 材料培養(yǎng)與處理

1.2.1 材料培養(yǎng)

2018年9月在東北農(nóng)業(yè)大學園藝園林學院實驗室將西伯利亞白刺種子于溫水中浸泡72 h，于溫室中將種子播于穴盤中（基質為原土∶草炭土∶河沙=1∶1∶1），待幼苗長出4～5片真葉后，定植于直徑為10 cm花盆中，正常澆水養(yǎng)護。2019年5月選取生長狀況良好，長勢相同實生苗，洗去根部泥土，移植于基質為河沙的花盆中栽培，每盆栽植3株，營養(yǎng)液澆灌，緩苗充分后，開展相關試驗處理。

1.2.2 材料處理

采用完全隨機試驗設計，通過預試驗分別選取3個NaCl濃度（0、200和400 mmol·L-1）和3個ALA濃度（0、30和60 mg·L-1），隨機組合后共9個處理組，每盆西伯利亞白刺為一個處理，每個處理5次重復，共45盆。所有試驗組同時達到預設NaCl濃度后，對其噴施ALA處理，每天噴施200 mL，保證葉片充分吸收，連續(xù)噴施7 d。

1.3 相關指標測定

葉綠素含量測定參照高俊鳳丙酮乙醇混合法[9]。

使用光合儀于夏季陽光充足上午測定氣體交換參數(shù)（包括凈光合速率、氣孔導度、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度）。

使用熒光成像儀測定葉綠素熒光參數(shù)（包括最大光化學效率、實際光化學效率、光化學淬滅系數(shù)、非光化學淬滅系數(shù)、相對電子傳遞效率）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

分別使用Microsoft Excel 2010、SPSS 20.0和PRISM整理數(shù)據(jù)、顯著性分析和制圖。

2 結果與分析

2.1 ALA對鹽脅迫下西伯利亞白刺葉片葉綠素含量的影響

由圖1可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片葉綠素含量隨NaCl濃度升高呈先增后降趨勢，NaCl濃度為200 mmol·L-1時，葉綠素含量高于NaCl濃度為0和400 mmol·L-1時處理，分別提高3.6%和19.7%，隨后下降，各組處理間差異不明顯著。在施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片葉綠素含量隨ALA濃度增加呈先增后降趨勢，且在ALA濃度為30 mg·L-1時達最大值，隨后降低，在ALA濃度為60 mg·L-1時降至最低，顯著低于ALA濃度為30 mg·L-1時處理（P＜0.05）。結果說明，施加適宜濃度ALA（30 mg·L-1）可促進西伯利亞白刺葉片葉綠素合成，提高西伯利亞白刺光合能力。

2.2 ALA對鹽脅迫下西伯利亞白刺氣體交換參數(shù)的影響

2.2.1 ALA對鹽脅迫下西伯利亞白刺凈光合速率的影響

由圖2可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片凈光合速率隨NaCl濃度升高呈先升后降趨勢，NaCl濃度為200 mmol·L-1時凈光合速率最高，NaCl濃度為400 mmol·L-1時凈光合速率最低，差異顯著（P＜0.05）。在施加ALA情況下，各NaCl濃度凈光合速率均有不同程度增加，均在ALA濃度為30 mg·L-1時達最大值，分別比不施加ALA且NaCl濃度為0、200和400 mmol·L-1時增加56.6%、38.5%和66.8%。NaCl濃度為200 mmol·L-1且ALA濃度為30 mg·L-1時凈光合速率值最大，達5.456 μmol·m-2·s-1。結果表明，施加適宜濃度ALA可提高西伯利亞白刺凈光合速率，當ALA濃度為30 mg·L-1時，對光合作用促進效果最明顯。

2.2.2 ALA對鹽脅迫下西伯利亞白刺氣孔導度的影響

由圖3可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片氣孔導度隨NaCl濃度增加呈先升后降趨勢，各組間差異不顯著。在施加ALA情況下，各NaCl濃度氣孔導度均有不同程度增加，且均在ALA濃度為30 mg·L-1時達到最大值，并與ALA濃度為0 mg·L-1時相比顯著升高（P＜0.05），較不施加ALA且NaCl濃度為0、200和400 mmol·L-1時分別增加40.9%、38.5%和20.8%。結果說明，NaCl濃度為200 mmol·L-1時，西伯利亞白刺具有較強抗逆性，而一定濃度ALA（30 mg·L-1）可緩解鹽脅迫，提高西伯利亞白刺氣孔導度，提高光合能力。

2.2.3 ALA對鹽脅迫下西伯利亞白刺蒸騰速率的影響

由圖4可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片蒸騰速率隨NaCl濃度增加呈先升后降趨勢，NaCl濃度為200 mmol·L-1時蒸騰速率升至最高，NaCl濃度為400 mmol·L-1時蒸騰速率降至最低，顯著低于NaCl濃度為200 mmol·L-1處理。在施加ALA情況下，各處理蒸騰速率均有所升高，NaCl濃度為0和200 mmol·L-1時，蒸騰速率在ALA濃度為30 mg·L-1時達到最大值。蒸騰速率在NaCl濃度為200 mmol·L-1且ALA濃度為30 mg·L-1時達最大值，比最低處理（NaCl濃度為400 mmol·L-1且ALA濃度為0 mg·L-1）高34.8%。結果說明，適宜濃度ALA（30 mg·L-1）可提高西伯利亞白刺蒸騰速率。

2.2.4 ALA對鹽脅迫下西伯利亞白刺胞間CO2濃度的影響

由圖5可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片胞間CO2濃度隨NaCl濃度增加呈先降后升趨勢，且在NaCl濃度為200 mmol·L-1時達最小值，顯著低于NaCl濃度為0和400 mmol·L-1處理（P＜0.05），隨后上升。在施加ALA情況下，胞間CO2濃度均有所下降，均在ALA濃度為30 mg·L-1時效果最為明顯，在NaCl濃度為200 mmol·L-1且ALA濃度為30 mg·L-1時降至最低值，顯著低于NaCl濃度為400 mmol·L-1且ALA濃度為0 mg·L-1處理（P＜0.05）。結果說明，適宜濃度ALA（30 mg·L-1）可有效降低西伯利亞白刺胞間CO2濃度，有利于提高光合作用。

2.3 ALA對鹽脅迫下西伯利亞白刺葉綠素熒光參數(shù)的影響

由表1可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片PSⅡ最大光化學效率隨NaCl濃度升高呈先升后降趨勢，各組間差異不顯著。在施加ALA情況下，對西伯利亞白刺葉片PSⅡ最大光化學效率均有促進作用，當ALA濃度為30 mg·L-1時，促進效果最為明顯，西伯利亞白刺葉片PSⅡ最大光化學效率在NaCl濃度為200 mmol·L-1且ALA濃度為30 mg·L-1達最大值。結果說明，一定濃度ALA（30 mg·L-1）可促進西伯利亞白刺最大光化學效率，提高西伯利亞白刺光合能力。

由表1可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片實際光化學效率隨NaCl濃度增加呈先升后降趨勢，各組間差異不顯著。在施加ALA情況下，西伯利亞白刺PSⅡ實際光化學效率均有所升高，且在ALA濃度為30 mg·L-1時達最大值，比不施加ALA時分別提高21.2%、22.9%和15.6%。NaCl濃度為0和200 mmol·L-1時，施加30 mg·L-1ALA時西伯利亞白刺PSⅡ實際光化學效率顯著高于不施加ALA處理（P＜0.05）。結果表明，適宜濃度ALA（30 mg·L-1）可有效提高西伯利亞白刺光合作用效率。

由表1可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片光化學淬滅系數(shù)隨NaCl濃度升高呈先升后降趨勢，NaCl濃度為200 mmol·L-1時達最大值，顯著高于NaCl濃度為0 mmol·L-1和NaCl濃度為400 mmol·L-1處理（P＜0.05）。在施加ALA情況下，各處理光化學淬滅系數(shù)均增大，均在ALA濃度為30 mg·L-1時達最大值，顯著高于不施加ALA處理（P＜0.05）。結果表明，適宜濃度ALA（30 mg·L-1）可有效提升西伯利亞白刺光合效率。

由表1可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺非光化學淬滅系數(shù)隨NaCl濃度升高呈先降后升趨勢，且在NaCl濃度為200 mmol·L-1時達最低值，顯著低于NaCl濃度為0和400 mmol·L-1處理（P＜0.05）。在施加ALA情況下，西伯利亞白刺非光化學淬滅系數(shù)均降低，在ALA濃度為30 mg·L-1時降至最低值，顯著低于不施加ALA處理（P＜0.05），分別降低19.2%、24.5%和14.8%。結果說明，適宜濃度ALA（30 mg·L-1）可有效降低西伯利亞白刺非光化學淬滅系數(shù)。

由表1可知，在不施加ALA情況下，西伯利亞白刺葉片表觀電子傳遞效率隨NaCl濃度升高呈先升后降趨勢，各組間差異不顯著。在施加ALA情況下，各處理表觀電子傳遞效率均上升。在NaCl濃度為200 mmol·L-1、ALA濃度為30 mg·L-1時，西伯利亞白刺表觀電子傳遞效率達最大值，顯著高于NaCl濃度為400 mmol·L-1、ALA濃度為0 mg·L-1的最低處理（P＜0.05）。結果表明，適宜濃度ALA（30 mg·L-1）可提高西伯利亞白刺表觀電子傳遞效率。

表1 ALA對鹽脅迫下西伯利亞白刺Fv/Fm、ΦPSII、qP、NPQ和ETR的影響Table 1 Effects of ALA on Fv/Fm,ΦPSII,qP,NPQand ETR of Nitraria sibirica under salt stress

3 討論與結論

光合作用保障植物正常生長發(fā)育，為其提供所需有機物[10]。葉綠素是參與光合作用的重要色素，鹽脅迫破壞葉綠體結構，直接或間接影響葉綠素含量[11]。本研究表明，在鹽脅迫下，施加ALA后，西伯利亞白刺葉片葉綠素含量顯著上升，表明ALA有助于保護葉綠體膜，保持其結構完整性，維持西伯利亞白刺葉片較高葉綠素含量，促進光合作用。這與Hotta等提出ALA可調(diào)節(jié)葉綠素合成觀點一致[12]。

植物Pn值反映植物同化作用強弱，逆境下影響植物Pn值的因素有兩種：氣孔限制和非氣孔限制。Gs和Ci是判斷植物氣孔與非氣孔限制的標志[13]。Tr反映一定時間內(nèi)植物葉片單位葉面積蒸騰水量。本試驗結果表明，鹽脅迫下，Pn、Gs和Tr值均降低，Ci值相反，與Farquhar等觀點相同[14]。外源施加適宜濃度ALA可提高西伯利亞白刺Pn、Gs和Tr值，并使Ci值下降，逆轉鹽脅迫下Gs降低現(xiàn)象，固定更多碳源，產(chǎn)生更多有機物。隨ALA濃度逐漸升高，Pn、Gs和Tr均呈先升后降趨勢，Ci則呈與之相反趨勢，說明施加適宜濃度外源ALA顯著提高西伯利亞白刺凈光合速率。但ALA濃度過高則造成離子毒害，抑制植物光合作用，ALA濃度以30 mg·L-1效果最佳。與SasakiK[15]和汪良駒等[16]ALA可提高植物光合作用結論一致。

葉綠素熒光參數(shù)是研究植物光合作用的重要參數(shù)[17]，F(xiàn)v/Fm是研究光抑制或環(huán)境脅迫對PSⅡ影響的重要指標[18]，ΦPSⅡ反映PSⅡ反應中心實際光化學反應效率[19]。qP可有效反映植物光合作用活躍程度[20]。NPQ反映植物植物光合作用耗散部分[21]。ETR反映在實際光強條件下表觀電子傳遞效率。本試驗結果表明，隨NaCl濃度增加，西伯利亞白刺qP呈先升后降趨勢，而NPQ則呈相反趨勢，當NaCl濃度達200 mmol·L-1時，qP值達最大而NPQ值則降至最低，當NaCl濃度達400 mmol·L-1時二者又呈相反趨勢，qP降到最低值而NPQ則上升至最大值，說明高濃度鹽脅迫使PSⅡ反應中心受到破壞，發(fā)生光抑制，降低電子傳遞效率，從而導致PSⅡ功能下降。施加ALA處理Fv/Fm、ΦPSⅡ、qP、ETR均高于不施加ALA處理，表明適宜濃度ALA可有效抵御鹽脅迫對PSⅡ反應中心損傷，使西伯利亞白刺葉片PSⅡ天線色素吸收的能量更多流向光化學部分，減少熒光形式能量散失，在鹽脅迫條件下保持較高光化學效率，有利于其光合作用。